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1、直流电机直流电机 最优抗扰控制器的设计与仿真最优抗扰控制器的设计与仿真1l谢志强 李昇平（汕头大学机电系，汕头 515063）摘要：摘要：本文针对具有未知辐值有界负载扰动的直流电机控制系统的抗扰问题，首先给出最优控制问题的模型及其控制器设计方法，并且构造了适合于最优抗扰控制器设计的1l1l直流电机模型，然后设计了相应的最优抗扰控制器，最后利用 Matlab 对其控制效果进行1l了对比仿真。仿真研究结果表明，最优抗扰控制器的抗扰性能优越。1l关键词：关键词：直流电机；最优控制；干扰抑制1lDesign and simulation of optimal controller of DC moto
2、r 1lwith disturbance rejectionXIE Zhi-qiang LI Sheng-ping(Shantou University, Shantou 515063) Abstract: In this paper a disturbance rejection problem in DC motor control system with unknown bounded disturbance is considered. First, the model of optimal control is given. Then a 1lmodel of DC motor fi
3、tting optimal control is constructed and its optimal controller is designed. 1l1lLastly, simulation of the result in Matlab is acted. The results of simulation show the better capability of the optimal controller of DC motor with disturbance rejection.1lKey words: DC motor ; optimal control; disturb
4、ance rejection. 1l1 引言引言目前，直流调速系统应用广泛，且具有良好的控制性能。在实际应用中，直流调速系统大都采用常规 PID 控制器，这种控制器具有结构简单、稳定性好、稳态精度高等优点，但也存在速度响应慢，对负载干扰抑制能力有限等缺点。所以对于要求具备响应快速、无静差和很强负载干扰抑制能力的系统，其难以满足要求。另有基于最优控制设计的鲁H棒控制器可以达到较好抗扰效果1。然而在最优化中，系统输入需要满足能量有限的H约束，实际中的许多干扰却或多或少地存在时间上的连续性，并不能完全满足以上的约束条件。这使得最优控制在直流电机干扰抑制速度控制中不能得到很好的适用。H控制系统最优设计
5、理论是一种新的控制器设计方法，利用他可以设计出最优抗扰1l1l控制器最小化由未知辐值有界干扰产生的误差。本文针对直流电机速度控制系统，当负载转矩存在较强干扰情况下，利用最优设计理论设计了最优抗扰控制器，并利用 Matlab1l1l进行了仿真研究。研究结果表明，其控制效果较 PID 控制器的优越，同时也说明了最优设计理论在直流电机速度控制中的适用性。2 理论准备理论准备略。3 直流电机速度控制系统模型直流电机速度控制系统模型略。4 最优抗扰控制器的设计最优抗扰控制器的设计1l略。5 结果仿真研究结果仿真研究现有一直流电机，电机参数如下， ， 0.5R0.097HL ，取采样时间,根据第 3 节可
6、得直流min/r0.1525VCe2m100NGD2sT01. 0电机被控对象模型为：,，相应参数如下： )9498. 0)(1()9830. 0(0028. 0)(zzzzzP )1 (110375. 0)( zzW,，其中在计算中0029. 01K0173. 110529. 110375. 02K12可以忽略不计。从而将此直流电机速度控制系统的最优抗扰控制器表示为：1l，在此取， )(103750. 01)1)(0173. 1(0029. 0)()(103750. 0)11 ()0529. 1( )(* ttt C 0)(t并将代入整理得：。z1) 1)(9830. 0()5 . 0)(9
7、498. 0(7521.722)(* zzzzzC另，利用 PID 数字控制器模拟设计方法6，设计以上直流电机速度控制系统 PID 数字调节器，其参数整定结果如下：，其控制器表示为：1 . 0pK9 . 4iK5 . 0dK。zz zzzC) 1(5 . 0) 1(9 . 41 . 0)(利用 Matlab 对所设计的控制系统进行仿真。在以上直流电机速度控制系统分别采用PID 控制器和最优抗扰控制器时仿真结果如图 6：1l(A)参考速度曲线（）srad /(B)干扰信号曲线()mN （C）PID 控制系统速度响应曲线（）srad /（D）最优抗扰控制系统速度响应曲线（）1lsrad /图 6
8、负载扰动情况下的速度跟踪控制动态过程如图 6 所示，电机的额定负载转矩取，参考速度如图（A）的曲线变化，mNTL 50负载干扰为有界连续信号，其最大辐值为额定负载的 200。分别采用 PID 控制器和最1l优抗扰控制器的速度跟踪控制动态曲线如（C） 、 （D）图，由图可见分别采用 PID 控制器和最优抗扰控制器的系统稳态跟踪速度误差分别在 20和 5以内。仿真结果表明，直流1l电机最优抗扰控制器对较强负载干扰的抑制效果明显好于 PID 控制器，其干扰抑制性能1l优越。6 结语结语本文针对具有未知辐值有界负载干扰的直流电机控制系统进行了最优抗扰控制器的1l设计和仿真。首先给出了最优控制问题的模型
9、及其控制器设计理论，然后构造了适合于1l最优抗扰控制的直流电机模型，最后设计了相应的最优抗扰控制器并进行了仿真。结1l1l果表明，最优抗扰控制器的抗扰性能优越。1l参考文献：参考文献：1 王乐，方一鸣，王生德，王益群. 具有弱磁调速的直流电机速度系统鲁棒控制器设计，电机与控制学报，2005，9（1）：2932.2 A New Approach to the soluting of the Control Problem：The Scaled-Q Method. IEEE 1lTrans. Automat.contr.,vol.45,NO.2,Feb. 2000:180-187.3 M.A.Dahleh, and J.B.Pearson, Optimal Feedback Controllers for Discrete-Time Systems,In 1lProc.Amer.Contr.Conf.,Seattle,WA,June 1986.4 陈伯时. 电力拖动自动控制系统M.北京：机械工业出版社，1997.5 王德进. 和优化控制理论. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.1.2HH（4）：276280.6 何克忠，李伟. 计算机控制系统. 北京：清华大学出版社，1998.
